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CN114836689B - 一种高铬耐磨钢球及其制备方法 - Google Patents

一种高铬耐磨钢球及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高铬耐磨钢球及其制备方法，高铬耐磨钢球的化学成分按质量百分比包括：C：0.5‑1.1％、Cr：11.1‑13.2％、Si：0.1‑0.5％、Mn：1.25‑1.48％、Ni：0.18‑1.1％、Ti：0.55‑0.79％、V+Nb：0.25‑0.38％、Sn：0.01‑0.03％、W：0.15‑0.72％、P≤0.04％、S≤0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明提出的高铬耐磨钢球的制备方法过程简单，得到的钢球硬度高，韧性好，耐磨性能优异，使用寿命长。

Description

一种高铬耐磨钢球及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨材料技术领域，尤其涉及一种高铬耐磨钢球及其制备方法。
背景技术
球磨机钢球是球磨机设备研磨物料介质，是球磨机重要的基础零部件，其在市场上的使用数量非常巨大。高铬钢含有大量的碳化物，耐磨性良好，但是正是由于大量的碳化物造成其本身存在冲击韧性低的缺陷，用其制成的耐磨钢球在使用过程中易脆裂，严重影响其使用寿命。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高铬耐磨钢球及其制备方法，所述制备方法过程简单，得到的钢球硬度高，强韧性好，耐磨性能优异，使用寿命长。
本发明提出的一种高铬耐磨钢球，其化学成分按质量百分比包括：C：0.5-1.1％、Cr：11.1-13.2％、Si：0.1-0.5％、Mn：1.25-1.48％、Ni：0.18-1.1％、Ti：0.55-0.79％、V+Nb：0.25-0.38％、Sn：0.01-0.03％、W：0.15-0.72％、P≤0.04％、S≤0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，其化学成分中按质量百分比还包括Mo：0.3-0.78％、B：0.001-0.003％。
优选地，其化学成分中，V、Nb的质量百分比满足以下关系式：V＝Nb+0.045％。
优选地，其化学成分中，Mn、Cr的质量百分比满足以下关系式：Mn+0.5×Cr≥7.8％。
优选地，其化学成分中，Ti、W、C的质量百分比满足以下关系式：2×Ti+C≥3×W。
优选地，所述高铬耐磨钢球，其化学成分按质量百分比包括：C：0.5％、Cr：13％、Si：0.15％、Mn：1.32％、Ni：0.87％、Ti：0.71％、V：0.175％、Nb：0.13％、Sn：0.018％、W：0.5％、Mo：0.6％、B：0.002％、P≤0.04％、S≤0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述高铬耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所需原料放入真空中频感应炉中熔炼，浇注后得到铸件；
S2、将铸件升温至T℃保温2-3.5h，油冷至室温，再升温至1020-1150℃保温2-3h，冷却至室温，然后升温至250-380℃保温2-3h，炉冷至室温；其中，T＝656+(3000-4000)×CCr，CCr为Cr的质量百分比。
优选地，在S2中，所述冷却至室温的过程中，冷却的速度为0.1-0.2℃/s。
C是保证强度和耐磨性的基本元素，C太低钢的韧性高，但强度和耐磨性低，C太高在热处理过程中产生针状马氏体组织，降低韧性，本发明中具体选择了0.5-1.1％的范围；
Cr能提高钢的淬透性、强度和抗腐蚀性；Cr太高会降低韧性；本发明Cr选择11.1-13.2％范围，与碳协同作用使基体获得板条马氏体组织；
Si在钢中作为脱氧剂，在本发明中，Si具体选择0.1-0.5％，保证脱氧效果的同时保持了钢的韧性；
Mn加入钢中，能使其兼具优良的强度和低温韧性，本发明中，Mn含量需要达到1.25％以上，然而，过多的Mn元素也会导致其低温韧性降低，本发明中，Mn含量需要在1.48％以下；
同时使Mn、Cr的质量百分比满足关系式Mn+0.5×Cr≥7.8％，在体系中形成(Fe.Mn)3C、(Fe.Cr)3C等碳化物，并提高了钢的淬透性，改善了钢球的硬度和强度；
Ni能提高淬透性，是扩大奥氏体元素，避免出现铁素体，有利于强度、韧性的提高；
Ti加入体系中，能生成氮化物，细化晶粒，具体限定了Ti的含量为0.55％以上，不过，在含有Ti超过0.79％的情况下，Ti形成的碳化物导致的韧性劣化变显著；
V加入体系中，在材料回火时能析出碳氮化物，提高钢的强度但是含量过高，也会导致韧性劣化；
Nb是强碳化物形成元素，加入钢中能与碳形成高熔点稳定的碳化物，在凝固过程中，可以作为非均质晶核，增加形核率，细化结晶组织，同时在奥氏体化温度下，NbC质点的存在，能阻止奥氏体晶粒的长大；
V+Nb按0.25-0.38％的质量比例添加，同时使V、Nb的质量百分比满足关系式V＝Nb+0.045％，发挥两者的复合作用，形成VC、Nb(C，N)等物质，抑制晶粒的生长，并改善钢的淬火性能，使得到的钢球具有更好的强度和韧性；
Sn加入体系中，能提高钢的耐腐蚀性；
W的添加可以有利地提高钢的可淬性，提高钢的强度，可是，过多地添加W会增加炼钢难度，本发明中，将W具体限定为0.15-0.72％；
同时使Ti、W、C的质量百分比满足关系式2×Ti+C≥3×W，在体系中形成TiC碳化物，作为结晶核心而细化晶粒，同时形成了(Ti、W)C，TiC和(Ti、W)C弥散分布在基体中，提高耐磨性。
本发明所述高铬耐磨钢球，其具体选择了C、Cr、Si、Mn、Ni、Ti、V、Nb、Sn、W、Mo、B加入体系中，并优化了各元素的含量，同时控制了V与Nb、Mn与Cr以及Ti、W、C的质量百分比的关系，使得到的钢球强韧性好，硬度高，耐磨性能优异，使用寿命长；在钢球的制备过程中，首先将铸件升温至T℃进行处理，T＝656+(3000-4000)×CCr，CCr为Cr的质量百分比，使基体的组织、成分更加均匀，再经后续的热处理过程，使组织进一步细化，使所得钢球具有优异的强韧性和耐磨性。
对本发明所述的高铬耐磨钢球进行性能检测，其表面硬度≥55HRC，冲击韧性≥18J/cm2，落球冲击疲劳寿命≥15200次。
选取本发明中的耐磨钢球，与相同数量的市场上的耐磨钢球在相同条件下进行对比实验，经实验可知，本发明中的耐磨钢球未出现磨损，而对比例中部分磨球出现磨损情况。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高铬耐磨钢球，其化学成分按质量百分比包括：C：1.1％、Cr：12.9％、Si：0.1％、Mn：1.48％、Ni：1.1％、Ti：0.55％、V：0.1475％、Nb：0.1025％、Sn：0.03％、W：0.15％、P：0.04％、S：0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述高铬耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所需原料放入真空中频感应炉中熔炼，浇注后得到铸件；
S2、将铸件升温至1043℃保温2h，油冷至室温，再升温至1150℃保温2h，以0.2℃/s的冷却速度冷却至室温，然后升温至380℃保温2h，炉冷至室温。
实施例2
本发明提出的一种高铬耐磨钢球，其化学成分按质量百分比包括：C：0.5％、Cr：13.2％、Si：0.5％、Mn：1.25％、Ni：0.18％、Ti：0.79％、V：0.2125％、Nb：0.1675％、Sn：0.01％、W：0.69％、Mo：0.3％、B：0.003％、P：0.04％、S：0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述高铬耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所需原料放入真空中频感应炉中熔炼，浇注后得到铸件；
S2、将铸件升温至1052℃保温3.5h，油冷至室温，再升温至1020℃保温3h，以0.1℃/s的冷却速度冷却至室温，然后升温至250℃保温3h，炉冷至室温。
实施例3
本发明提出的一种高铬耐磨钢球，其化学成分按质量百分比包括：C：1％、Cr：13.2％、Si：0.13％、Mn：1.25％、Ni：0.9％、Ti：0.7％、V：0.18％、Nb：0.135％、Sn：0.014％、W：0.7％、Mo：0.78％、B：0.001％、P：0.04％、S：0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述高铬耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所需原料放入真空中频感应炉中熔炼，浇注后得到铸件；
S2、将铸件升温至1118℃保温2.3h，油冷至室温，再升温至1100℃保温2h，以0.15℃/s的冷却速度冷却至室温，然后升温至320℃保温2.5h，炉冷至室温。
实施例4
本发明提出的一种高铬耐磨钢球，其化学成分按质量百分比包括：C：0.7％、Cr：13％、Si：0.4％、Mn：1.48％、Ni：0.3％、Ti：0.7％、V：0.165％、Nb：0.12％、Sn：0.02％、W：0.18％、Mo：0.4％、B：0.0023％、P：0.04％、S：0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述高铬耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所需原料放入真空中频感应炉中熔炼，浇注后得到铸件；
S2、将铸件升温至1100℃保温3h，油冷至室温，再升温至1050℃保温3h，以0.18℃/s的冷却速度冷却至室温，然后升温至250℃保温2.8h，炉冷至室温。
实施例5
本发明提出的一种高铬耐磨钢球，其化学成分按质量百分比包括：C：0.6％、Cr：12.7％、Si：0.19％、Mn：1.45％、Ni：0.18％、Ti：0.79％、V：0.18％、Nb：0.135％、Sn：0.01％、W：0.58％、Mo：0.7％、B：0.0011％、P：0.04％、S：0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述高铬耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所需原料放入真空中频感应炉中熔炼，浇注后得到铸件；
S2、将铸件升温至1037℃保温3h，油冷至室温，再升温至1080℃保温2.5h，以0.1℃/s的冷却速度冷却至室温，然后升温至350℃保温2h，炉冷至室温。
实施例6
本发明提出的一种高铬耐磨钢球，其化学成分按质量百分比包括：C：0.5％、Cr：13％、Si：0.15％、Mn：1.32％、Ni：0.87％、Ti：0.71％、V：0.175％、Nb：0.13％、Sn：0.018％、W：0.5％、Mo：0.6％、B：0.002％、P：0.04％、S：0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出的一种所述高铬耐磨钢球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所需原料放入真空中频感应炉中熔炼，浇注后得到铸件；
S2、将铸件升温至1150℃保温3h，油冷至室温，再升温至1020℃保温2h，以0.1℃/s的冷却速度冷却至室温，然后升温至300℃保温2h，炉冷至室温。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高铬耐磨钢球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将所需原料放入真空中频感应炉中熔炼，浇注后得到铸件；
S2、将铸件升温至T℃保温2-3.5h，油冷至室温，再升温至1020-1150℃保温2-3h，冷却至室温，然后升温至250-380℃保温2-3h，炉冷至室温；其中，T＝656+(3000-4000)×CCr，CCr为Cr的质量百分比；
高铬耐磨钢球化学成分按质量百分比包括：C：0.5-1.1％、Cr：11.1-13.2％、Si：0.1-0.5％、Mn：1.25-1.48％、Ni：0.18-1.1％、Ti：0.55-0.79％、V+Nb：0.25-0.38％、Sn：0.01-0.03％、W：0.15-0.72％、P≤0.04％、S≤0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述高铬耐磨钢球的制备方法，其特征在于，高铬耐磨钢球化学成分中按质量百分比还包括Mo：0.3-0.78％、B：0.001-0.003％。
3.根据权利要求1或2所述高铬耐磨钢球的制备方法，其特征在于，高铬耐磨钢球化学成分中，V、Nb的质量百分比满足以下关系式：V＝Nb+0.045％。
4.根据权利要求1或2所述高铬耐磨钢球的制备方法，其特征在于，高铬耐磨钢球化学成分中，Mn、Cr的质量百分比满足以下关系式：Mn+0.5×Cr≥7.8％。
5.根据权利要求1或2所述高铬耐磨钢球的制备方法，其特征在于，高铬耐磨钢球化学成分中，Ti、W、C的质量百分比满足以下关系式：2×Ti+C≥3×W。
6.根据权利要求1或2所述高铬耐磨钢球的制备方法，其特征在于，高铬耐磨钢球化学成分按质量百分比包括：C：0.5％、Cr：13％、Si：0.15％、Mn：1.32％、Ni：0.87％、Ti：0.71％、V：0.175％、Nb：0.13％、Sn：0.018％、W：0.5％、Mo：0.6％、B：0.002％、P≤0.04％、S≤0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质。
7.根据权利要求1所述高铬耐磨钢球的制备方法，其特征在于，在S2中，所述冷却至室温的过程中，冷却的速度为0.1-0.2℃/s。
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